“天关”卫星发布首批科学成果，捕捉南方朱雀客星将有新突破

10月31日，爱因斯坦探针（Einstein Probe）卫星（“天关”卫星）在轨交付仪式暨成果发布会在中国科学院国家空间科学中心举行。自2024年1月9日成功发射以来，“天关”卫星探测到多种类型的暂现天体，并捕捉到几例可能的新类型暂现源，成功获取了由中国自主研制设备观测到的首张全天X射线天图，标志着中国X射线时域天文领域进入了新的时代。

“天关”卫星获得的首个X射线全天天图（银道坐标系）。中国科学院供图

“天关”卫星正式在轨交付给中国科学院国家天文台等使用

今年是中国科学院建院75周年，长期以来，中国科学院发挥体系化建制化优势和国家战略科技力量的骨干引领作用，在2011年发起了空间科学先导专项，发射了一系列的科学卫星，初步形成了以“悟空”号、“墨子”号等为代表的我国空间科学卫星系列，推动我国空间科学进入创新发展的“快车道”。

“天关”卫星是中国科学院空间科学（二期）战略性先导科技专项立项并实施的空间科学卫星系列任务之一，于2024年1月9日发射升空，并于同年7月起开展常规的科学运行。

据“天关”卫星首席科学家、国家天文台研究员袁为民介绍，爱因斯坦探针卫星命名为“天关”卫星。“天关”源于我国北宋至和元年（公元1054年）司天监观测并记录的“天关客星”超新星爆发（SN1054）。它作为人类历史上最重要的天文事件之一，被世界科技史界称为“中国新星”，其遗骸形成的蟹状星云是国际天文届广泛引用的《梅西耶星表》（1771）中的第一号天体（M1）。将爱因斯坦探针卫星命名为“天关”卫星，体现了中国在超新星爆发观测记录方面的深厚渊源和对世界天文学的卓越贡献。

“天关”卫星是面向时域天文学的发现型X射线天文探测卫星。什么是时域天文学？袁为民说，天文学就是研究宇宙中的天体随时间演化的过程。“我们平时看到的天空似乎是很宁静的，这是一种错觉。所有的天体在各种各样的尺度上都是演化和变化的。有一类天体变化非常快，比如在不到一秒钟内，就会从出现到消失，有些在天、月、年的时间长度发生非常剧烈的变化。”他说，对这种随着时间有非常显著变化的天体的研究就是时域天文学。

据他介绍，科研人员了解宇宙天体的信息主要通过电磁波辐射等，电磁波横跨非常多的波段，如无线电波、红外波、X射线、伽马射线等。“在不同的波段对宇宙天体进行观测，才能够对宇宙的物理过程有全面的了解，软X射线是一个非常重要的波段，这个波段的观测从技术上来说非常困难，长期以来，这一波段在大视场全天监测方面是空缺的。

“天关”卫星利用软X射线这一新的监测窗口，开展高灵敏度实时动态时域巡天监测，旨在发现和探索宇宙中的X射线暂现源和爆发天体，并发布预警以引导其他天文设备进行后随跟踪观测。

在解释暂现源时，他说，宇宙中有一类天体，出现后会很快消失，持续时间非常短，可能不到一秒，也可能几年，而不是常在天空中驻守的，这类天体就叫做暂现源天体，在中国古代叫做“客星”，比如大家熟悉的蟹状星云， 就是北宋至和元年（公元1054年）司天监发现的“天关客星”超新星爆发后的遗迹。

“暂现源天体往往来自非常极端的物理过程，研究它们是可以了解极端条件下的物理规律。”他说，暂现源天体还可以用来研究恒星的形成演化，比如一个恒星突然坍缩形成了一个新的天体，比如中子星或者黑洞。另外暂现源天体还可以作为探测宇宙的探针，暂现源天体非常明亮，比如伽马射线暴或者超新星，可以用这些明亮的辐射信号来研究宇宙本身。

卫星上配备宽视场X射线望远镜（WXT）和后随X射线望远镜（FXT），在为期半年的在轨测试中表现出色，性能超出设计预期。与国际上现有的同领域设备相比，“天关”卫星的探测灵敏度和空间分辨率提高了一个数量级以上。其中宽视场X射线望远镜，是国际上首次实现在轨应用的大视场“龙虾眼”望远镜。

当天，相关单位签署了卫星在轨交付使用证书和委托书，卫星正式在轨交付给中国科学院国家天文台等科学用户使用。

已成功探测到60例确定的暂现天体

据卫星系统总师、中国科学院微小卫星创新研究院副院长张永合介绍，卫星自2024年1月发射起至9月，已成功探测到60例确定的暂现天体、上千例暂现天体候选体，以及480多例恒星耀发，探测到上百例已知天体的爆发，向国际天文界发送了100多条天文警报，引导了国际上地面和空间多波段设备的后随观测。

“天关”卫星探测到的X射线暂现天体种类丰富，涉及恒星、白矮星、中子星、各种质量类型的黑洞、伽马射线暴、超新星等，辐射持续时长覆盖了从几十秒到几个月的范围，跨越了6个数量级。

在银河系内，“天关”卫星发现了多个新的暂现源，其中一个可能是新的恒星级黑洞候选体或中子星，被命名为EP240904a。它还发现了位于双星系统中的多个新的中子星和白矮星，并监测到多个已知黑洞、中子星和白矮星双星系统的爆发。

“天关”卫星的视野不仅限于银河系。在小麦哲伦云中，它探测到一个新的爆发源，研究表明其产生于一个非常罕见的白矮星与Be星组成的双星系统。在更远的宇宙中，卫星发现了一例正在发生的中等质量黑洞潮汐瓦解恒星事件（当一颗恒星因过于靠近大质量黑洞而被撕裂）EP240222a，实现了我国自主天文观测设备在该领域“零的突破”。

“天关”卫星探测到了约40例来自宇宙深处的快速暂现天体。令人惊奇的是，只有少部分是最常见的快速暂现天体——伽马射线暴，而其余大部分则没有伽马射线辐射或相对偏弱，部分有可能来自其他新的暂现天体类型。“天关”卫星探路者LEIA（一个WXT鉴定件模块）捕捉到的LXT230307a，很可能来自罕见的双中子星并合所产生的大质量中子星的X射线辐射。

“天关”卫星探测到的最远天体是来自256亿光年之外的伽马射线暴EP240315a。这一发现表明了卫星探测来自遥远的早期宇宙伽玛射线暴的能力，也为进一步理解恒星坍缩产生黑洞及相对论性喷流的物理过程提供了新的视角。该项工作是由“天关”科学团队主导，联合了国际上包括多个空间和地面多波段设备的庞大国际合作团队共同完成的。这不仅体现了“天关”卫星在时域天文领域的引领作用，也彰显了其国际影响力。

发现南方朱雀客星，或为全新类型暂现天体

2024年4月8日，“天关”卫星发现一例暂现天体EP240408a，并记录了其X射线的一次剧烈爆发。此次爆发的亮度增强了300倍，持续了仅12秒。随后，该X射线天体在大约10天后消失。EP240408a在古代星图上处于南方朱雀七宿的天区范围内，因此被命名为“南方朱雀客星”。

袁为民说，此类中等时标的暂现源在以往的观测中很少出现。该天体的光谱和时变特征与目前已知的天体类型均不完全一致，表明它可能属于一种前所未知的暂现天体类别。

“这一发现对于拓展我们对宇宙暂现天体族群的认识以及理解极端物理过程具有重要的科学价值。”该成果作为“天关”团队首篇正式发表的科学论文，于北京时间10月30日在《中国科学：物理学 力学 天文学》（SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy）期刊在线发表。

“天关”卫星首例正式发表成果EP240408a——“南方朱雀客星”。中国科学院供图

袁为民表示，EP240408a的发现可能预示着一类全新的暂现源类型。其辐射集中在X射线，且较为暗弱，持续时间只有10天左右，很难被其他X射线和其他波段的望远镜探测到。后续，科研人员将利用国际上各个波段的望远镜对其进行更详尽的跟踪研究，获得其更多的物理信息，理解它真实的物理起源和物理过程。

“‘天关’卫星早期的这些发现表明，我们之前所认识的暂现天体可能只是冰山一角。这些发现对于我们研究宇宙中的极端天体及其物理过程的多样性具有重要意义。我们将这一创新成果发表在中国的期刊上，也更加彰显了在人类探索宇宙征程中的中国贡献。”

除了暂现天体以外，“天关”卫星还观测了其他丰富的天体类型，包括我们所在的太阳系内的月球、木星和土星、宁静状态下的恒星、银河系与近邻星系中的致密天体和超新星遗迹、一直到遥远星系中的超大质量黑洞和相对论性喷流、星系团等。

“天关”卫星项目由中国科学院主导，欧洲空间局（ESA）、马普地外物理研究所（MPE）和法国国家空间研究中心（CNES）参与研制。

英国莱斯特大学物理与天文学院教授保罗·奥布莱恩给袁为民发来邮件评价到，爱因斯坦探针卫星已经充分证明了宽视场X射线天文学的重要性。其强大的巡天和后随观测能力不仅使得人类能够发现众多新的X射线暂现源，还能对已知的X射线源进行常规监测。“最近，爱因斯坦探针卫星又发现了一个奇特的源——EP241021a，其确切的起源尚未明确。这个源具有伽玛射线暴GRB的特征，同时也与黑洞潮汐瓦解事件有相似之处。这两个例子只是爱因斯坦探针卫星众多科学发现中的冰山一角，它们充分展示了爱因斯坦探针卫星在天文学领域已经产生了重要影响。”保罗·奥布莱恩说。

新京报记者 张璐

编辑 张磊 校对 杨利

来阅读我的更多文章吧

张璐

新京报记者

记者主页